13ª Mostra da Produção Universitária
Rio Grande/RS, Brasil, 14 a 17 de outubro de 2014.
ESTUDO DE CLUSTERS DE Agn, Ptn, Aun (n = 2 – 7)
VIA TEORIA DO FUNCIONAL DA DENSIDADE
OLIVEIRA, Thiago Francisco de Carvalho
PIOTROWSKI, Maurício Jeomar
[email protected]
Evento: Congresso de Iniciação Científica
Área do conhecimento: Física
Palavras-chave: Clusters; Metais de Transição; Teoria do Funcional da Densidade.
1 INTRODUÇÃO
Dentre os sistemas manométricos mais estudados, aglomerados de átomos
(clusters) ocupam um lugar muito importante, tanto no que diz respeito à ciência
básica como em uma variedade de aplicações tecnológicas [1]. No presente trabalho,
realizamos cálculos de simulação computacional visando o melhor entendimento de
clusters de metais de transição (MT), mais especificamente clusters de prata (Ag),
platina (Pt) e ouro (Au), com tamanho de dois a sete átomos em fase gasosa. O foco
principal consiste na busca pelas configurações de mais baixa energia para cada
tamanho de cluster e o entendimento das principais propriedades desses sistemas.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
Clusters de MT possuem enorme potencial de aplicação em catálise [2], onde
existe uma grande perspectiva para o aumento da eficiência e redução do custo em
dispositivos catalíticos. O ouro, por exemplo, não é um bom catalisador em tamanho
macroscópico, no entanto, em tamanho nanométrico possui ótimo desempenho como
catalisador. Para o entendimento e possível aplicação dos clusters de MT é de suma
importância a busca pelas configurações de mais baixa energia. Tal tarefa não é um
problema simples mesmo para clusters com poucos átomos, devido ao grande
número de configurações de mínimo local.
3 PROCEDIMENTO METODOLÓGICO
Para o estudo dos clusters de Agn, Ptn e Aun (n = 2 – 7 átomos) empregamos
cálculos de primeiros princípios, baseados na Teoria do Funcional da Densidade
(DFT) [3], fazendo uso do código computacional VASP. Buscamos obter o
entendimento das tendências estruturais e eletrônicas como função do MT e do
número de átomos. Buscamos, também, via exploração da superfície de energia
potencial dos clusters, fornecer as estruturas mais estáveis para cada sistema.
4 RESULTADOS
Exploramos o espaço configuracional dos clusters de Ag, Pt e Au para cada um
dos tamanhos (2 a 7 átomos) e encontramos as estruturas de mais baixa energia
(Figura 1). Posteriormente, realizamos a caracterização e estudo das propriedades
desses sistemas, propriedades como: energia de ligação, comprimento médio de
ligação, número de coordenação e momento magnético total.
13ª Mostra da Produção Universitária
Rio Grande/RS, Brasil, 14 a 17 de outubro de 2014.
Figura 1 – Estruturas de mais baixa energia para Ag n, Aun e Ptn (n = 2 – 7), abaixo a cada estrutura são
apresentados os valores de energia de ligação, momento magnético total, comprimento médio de
ligação e número de coordenação.
Em concordância com a literatura, mostramos que as estruturas mais estáveis
seguem um padrão estrutural bidimensional (2D), com exceções para Ag5 e Ag7
(estruturas 3D). Através da energia de ligação confirmamos a preferência na formação
dos aglomerados atômicos e observamos a maior estabilização para certos tamanhos
de clusters (ver Figura 1), não seguindo a tendência usual de aumento da energia de
ligação com o aumento no número de átomos. O momento magnético total segue a
mesma tendência para Ag e Au que dividem a mesma família na Tabela Periódica, ou
seja, uma alternância de valores de momento magnético entre 0 e 1 µB, dependendo
da ocupação eletrônica final do cluster.
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Realizamos o estudo computacional, via DFT, de clusters de Ag, Pt e Au, onde
obtivemos as estruturas mais estáveis e, posteriormente, caracterizamos os sistemas
através do estudo das principais propriedades energéticas, estruturais e eletrônicas
para esses sistemas. Definimos os padrões estruturais que se formam, bem como
realizamos comparativos em relação aos sistemas (MT) estudados e em relação ao
número de átomos. Nossos próximos passos consistem na adsorção de pequenas
moléculas sobre tais clusters.
REFERÊNCIAS
[1] SCHMID, G.; FENSKE, D. Metal clusters and nanoparticles. Phil. Trans. R. Soc. A, v.
368, p. 1207, 2010.
[2] KASPAR, J.; FORNASIERO, P.; HICKEY, N. Automotive catalytic converters: current
status and some perspectives. Catal. Today, v. 77, p. 419, 2003.
[3] HOHENBERG, P.; KOHN, W. Inhomogeneous Electron Gas. Phys. Rev. B, v. 864, p.
136, 1964. KOHN, W.; SHAM, L.J. Self-Consistent Equations Including Exchange and
Correlation Effects. Phys. Rev. A, v. 40, p. 11331, 1965.